Устройство для измерения химического потенциала углерода неуглероживающей или обезуглероживающей атмосферы

Устройство для измерения химического потенциала углерода неуглероживающей или обезуглероживающей атмосферы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1111 5543И

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со1оз Советских

Социалистически!1

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.05.75 (21) 2136364j02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.77. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 14.06.77 (51) М. Кл.2 С 23С 11/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.785.5. .002.5 (088.8) по делам изобретений н открытий (72) Автор изобретения

В. В. Дембовский

Северо-Западный заочный политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА УГЛЕРОДА

НАУГЛ ЕРОХИ ВАЮЩЕЙ ИЛ И ОБЕЗУГЛ ЕРОЖИ ВАЮ ЩЕЙ

АТМОСФЕРЫ

Изобретение относится к области химикотермической обработки металлов, в частности к устройствам косвенного измерения химического потенциала углерода науглероживающей или обезуглероживающей атмосферы.

К известным устройствам прямого измерения химического потенциала углерода относятся датчики типа проволочного электросопротивления, материал которого насыщается углеродом в рабочем пространстве печи (1).

Известно устройство для измерения химического потенциала углерода в виде диффузионнопроницаемой трубки из того же материала, что и обрабатываемые стальные изделия.

Эта трубка устанавливается в рабочем пространстве печи и через нее с определенной скоростью пропускают не содержащий углерод газ, в частности смесь N, Н, Н О. На выходе из печи определяют содержание углерода в газе, по которому оценивают углеродный потенциал печной атмосферы. При использовании указанной смеси газ перед входом в газоанализатор сжигают для приведения всех углеродоносителей к одному СО> (2), Указанное устройство имеет существенные недостатки: для ввода свежего обезуглероживающего газа в диффузионнопроницаемую трубку в течение всего времени работы необходимы специальные устройства для поддержания начального состава и скорости газового потока постоянными. Это значительно усложняет измерительную систему, снижает ее точность и эксплуатационную надежность.

5 В предложенном устройстве для повышения точности и упрощения конструкции выходящий из печи конец диффузионнопроницаемой трубки соединен с ее входным концом в замкнутый контур, в котором непрерывно цирку10 лирует один и тот же газ. Благодаря этому отпадает необходимость в устройствах для стабилизации состава и скорости подачи газа. К контуру циркуляции газа последовательно присоединены гидрозатвор и ресивер для

15 стабилизации давления газа, а параллельно газоанализатору СО присоединены анализаторы всех углеродсодержащих компонентов, причем выходы всех газоанализаторов соединены с измерительным прибором через эле20 менты пересчета объемной концентрации углеродсодер кащего компонента в массовую концентрацию углерода и сумматор.

На чертеже дана схема устройства.

В рабочем пространстве печи 1 с обраба25 тываемыми деталями 2 устанавливается диффузиопно-про1!ицаемыи змеев!!к 3> на ли11ии входа в который имеются: клапаны 4 и 5, осушитель 6, а на выходе — холодильник 7, насос 8 и газоанализаторы 9. Система вто554311

15

ЗЭ

45 (1) (2) (3) 51

65 ричного прибора состоит из пересчетных прсобразовательных элементов 10, суммирующего элемента 11 и выходного измерительного прибора 12.

Вазова", линия через гидрозатвор 13, заполненный >r«ur соединена с рссивером

14. К;IHHlili r!Oäê rro rcrr также контактный манометр 15.

Используемый для измерения газ, как не содержащий углерода, например смесь Np, Н, Н О, так и содержащий его, например СО и

СО, для первоначального наполнения устройства вводится через открытые клапаны 4, 5 и через осушитель 6. Последний обеспечивает постоянное содержание в газе остаточной влажности. Газ заполняет замкнутый контур змеевика 3 и присоединенный к нему через гидрозатвор 13 ресивер 14, а также газоанализаторы 9. Заполнение производится до некоторого избыточного давления, контролируемого с помощью манометра 15. Затем клапаны 4 и 5 полностью закрываются.

Заполнение устройства рекомендуется производить перед началом технологического процесса (цементации или обезуглероживания) с целью проверки герметичности контура.

При разогреве печи 1 до температуры технологического процесса газ в змеевике расширяется и часть его через жидкость гидрозатвора переходит в ресивер во избежании разрыва змеевика и газоанализаторов. После окончания технологического процесса и охлаждения печи происходит обратное перетекание газа с целью снятия вакуума во внутренней полости змеевика и газоанализаторов.

При рабочей температуре процесса цементации или обезуглероживания газ циркулирует по замкнутому контуру змеевика, приводимый в движение насосом 8 или действием естественного напора, который обусловлен разностью плотностей горячего и хо,чодного газов. На выходе из печи газ охлаждается с помощью питаемого проточной водой трубчатого холодильника 7 для фиксации температуры и состава газа вне змеевика.

При протекании через змеевик газ вступает в химическое взаимодействие с углеродом (С) материала змеевика:

С+2Н СН»

С+ Н,О=СО+ Н, или C+CO CO

Одновременно материал стенки обменивается углеродом с атмосферой рабочего пространства печи.

В результате многократного контакта газа со стенкой змеевика постепенно устанавливается термодинамическое равновесие, при котором независимо от первоначального состава газа и скорости его движения содержание углерода в газе однозначно характеризует содержание углерода в материале стенки и измеряемый химический потенциал углерода печной атмосферы.

Для определения содержания углерода в газе используется блок газоанализаторов 9, число которых выбирается равным кол? честву углеродсодержащих ко.:,:!rurrc!iron в газо, применяемом для измерения углеродного потенциала. Так, например, для газа, первоначально состоящего из М, Н и Н:О, необходимы два газоанализатора, один из которых измеряет содержание СН», а другой — СО соответственно реакциям (1) и (2).

Наиболее приемлемым типом газоа.нализаторов для комплектации устройства являются оптико-акустические газоанализаторы. B силу их высокой избирательной способности определение каждого из компонентов анализируемой смеси может производиться в присутствии других компонентов.

Для уменьшения динамических погрешностей газовые трассы газоанализаторов соединяются между собой параллельно. Каждый из анализаторов снабжается нелинейным пересчетным преобразовательным элементом 10 сигналы которых представляют массовые концентрации углерода, соответствующие измеренным газоанализаторами объемным концентрациям углеродсодержащих компонентов.

Эти сигчалы затем суммируются элементом

11, и результирующий сигнал суммарной массовой концентрации углерода как мера контролируемого углеродного потенциала атмосферы печи передается на выходной показывающий, самопишущий и регулирующий прибор 12.

В качестве пересчетных преобразовательных и суммирующих элементов могут быть использованы, например, серийно выпускаемые и общеизвестные блоки ферродинамической системы (Харьковский завод «КИП»).

Манометр 15 является контактным (снабжен сигнальным устройством). Это устройство при работе данной системы используется для контроля герметичности замкнутого контура циркуляции газа, В случае нарушения герметичности, в частности из-за прогорания змеевика, избыточное давление находящегося внутри контура газа падает, что приводит в действие предупредительный сигнал, Положительная эффективность предлагаемого устройства для измерения химического потенциала углерода заключается в том, что это устройство не нуждается в постоянном подводе обезуглероживающего газа к трубке с днффузионно-проницаемой стенкой, а также не требует поддержания постоянства состава и скорости газа на входе в эту трубку. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известными является более простым и надежным. Кроме того, оно оказывается и более точным, так как информация об углеродном потенциале печной атмосферы здесь получается из состава газа, находящегося в условиях термодинамического равновесия с контролируемой средой, 554311

Формула изобретения

Составитель В. Оловянишников

Редактор Т. Логинова Техред И. Карандашова Корректор А. Николаева

Заказ 1253/11 Изд. № 448 Тираж 1! 34 Подписное

ЦНИИПИ Государственного <омитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1. Устройство для измерения химического потенциала углерода науглероживающей или обезуглероживающей атмосферы, содержащее диффузионно-проницаемую трубку, установленную в рабочем пространстве печи, газоанализаторы и контрольно-измерительные приборы, отл и чаю щееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, диффузиоппо-пропицаемая трубка и газоанализаторы ооразуют замкнутый контур непрерывной циркуляции газа, к которому последовательно подключены гидрозатвор и ресивер для стабилизации давления циркулирующего газа, а параллельно газоанализатору СО присоединены анализаторы всех углеродсодержащих компонентов, причем выходы всех газоанализаторов соединены с измерительным прибором через элементы пересчета

5 объемной концентрации углеродсодержащего компонента в массовую концентрацию углерода и сумматор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что замкнутый контур диффузиоиио-про10 ницаемой трубки содержит сигнальный манометр для контроля герметичности измерительной системы.

1. 11аг1еге1 Technishe Mitteilungen, 16, 1961, № 1, стр. 7 (аналог).

15 2. Патент Франции № 2087263, М. Кл.

С 23С 11/10, 1970 r. (прототип).